CN110763141B - 一种高精度的六自由度测量***的精度验证方法及*** - Google Patents

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CN110763141B CN201910808888.4A CN201910808888A CN110763141B CN 110763141 B CN110763141 B CN 110763141B CN 201910808888 A CN201910808888 A CN 201910808888A CN 110763141 B CN110763141 B CN 110763141B
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Abstract

一种高精度的六自由度测量***的精度验证方法及***，适用于长距离高精度六自由度测量***的测量精度验证。本发明针对激光测距仪和数码相机的组合六自由度测量***，在60m大长度范围内使用高精度激光跟踪仪和靶标***分步对激光方向和相机进行标定，建立高可靠的激光测距仪和数码相机之间测量坐标系的转换关系，进而进行高精度的六自由度测量***测量精度验证，可同步验证亚毫米级的位移测量精度和角秒级的三轴角度测量精度，从而解决高精度长距离六自由度测量***的精度验证迫切需求。

Description

一种高精度的六自由度测量***的精度验证方法及***
技术领域
本发明涉及一种高精度的六自由度测量***的精度验证方法及***，适用于长距离高精度六自由度测量***的测量精度验证。
背景技术
长距离六自由度测量***适用于多种场景，包括单星双天线基线测量、多星编队基线测量、激光雷达测距、高精度装配等。这些应用场景对于测量精度的要求越来越高，对于精度验证平台的要求也相应大大提升。
六自由度测量***的测量信息包括三维位移信息(Δx,Δy,Δz)还有三维角度信息(θx,θy,θz)，六自由度同步测量可以避免由于环境变化引入的同步误差，也便于调整与安装。目前高精度、长距离的六自由度同步测量***一般采用激光测距仪和数码相机的组合测量方案，采用飞秒光梳激光器与高分辨率相机可以在十米级、百米级甚至更远的距离条件下，获取微米级的位移测量精度和角秒级的角度测量精度，为了验证如此高精度的六自由度测量***，现有的精度验证平台并不能满足精度验证需求或距离验证需求，因此需要设计更高精度、适应更远距离的六自由度精度验证方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高精度的六自由度测量***的精度验证方法及***，在远距离条件下，采用高效的精度验证手段，解决大量程、高精度六自由度测量***的精度验证需求。
本发明的技术解决方案是：一种高精度的六自由度测量***的精度验证***，包括激光跟踪仪、光学平台、标定板、靶标、靶标板、靶座、靶座支撑工装、激光测距仪和相机；
所述光学平台上安装有一维导轨，所述靶座支撑工装设于一维导轨上，可沿一维导轨移动；所述激光测距仪和相机位于光学平台的一端，光学平台的另一端设有标定板、靶标板和靶座支撑工装，所述靶座粘贴于靶座支撑工装与靶标板上，所述靶标设于靶座上，所述标定板上设有用于标定的标定板销孔点组和标定板LED，所述靶标板上设有用于标定的靶标板销孔点组和靶标板LED；所述激光跟踪仪设于光学平台旁侧。
一种所述的高精度的六自由度测量***的精度验证***实现的精度验证方法，包括如下步骤：
使用激光跟踪仪标定激光测距仪的激光方向和激光原点坐标，完成对激光测距仪的标定，得到激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L与激光原点坐标在激光跟踪仪坐标下的坐标
Figure BDA0002184456430000021
使用激光跟踪仪和相机同时对标定板进行测量，得到激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系的转换关系，完成对相机的标定，得到激光原点坐标
Figure BDA0002184456430000022
在相机相面坐标系下的坐标
Figure BDA0002184456430000023
和激光方向在相机相面坐标系下的表示；
使用激光跟踪仪测量靶标板，得到靶标板坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的旋转矩阵RL'和位置矢量TL'；使用相机与激光测距仪组合测量靶标板，得到靶标板坐标系相对于相机相面坐标系的旋转矩阵RC'和位置矢量TC'；移动若干次靶标板，每次移动后重复使用激光跟踪仪测量靶标板和使用相机与激光测距仪组合测量靶标板，得到激光跟踪仪测量得到的靶标板相对移动量的旋转矩阵RL和位置矢量TL，相机与激光测距仪组合测量得到的靶标板相对移动量的旋转矩阵RC和位置矢量TC；将激光跟踪仪和相机与激光测距仪组合测量的旋转角和位置矢量分别相减，得到一组位置测量误差以及角度测量误差；所述旋转角由对应的旋转矩阵得到；
将靶标板移动到第N+1个位置，重复获取位置i与位置i+1的位置测量误差以及角度测量误差，得到N组位置测量误差以及角度测量误差；由所述N组位置测量误差以及角度测量误差，得到相对测量精度；
判断所述相对测量精度是否满足精度要求；若满足，则验证成功；反之，则验证失败。
进一步地，所述使用激光跟踪仪标定激光测距仪的激光方向和激光原点坐标的方法为：
调整激光测距仪的出光方向、靶座支撑工装在一维导轨上位置与靶座粘贴位置，对激光测距仪发出的激光进行准直，根据靶座支撑工装移动量和激光测距仪的输出数值进行调节，使得激光出光方向与一维导轨运动方向一致；
将靶座固定粘贴在靶座支撑工装的靶座粘贴位置处，所述靶座粘贴位置标记为A1；将激光跟踪仪固定在距激光测距仪D～1m处；
移动一维导轨上靶座支撑工装至距离激光测距仪约D米处；
使用激光测距仪测量A1距激光出光口的距离，使用激光跟踪仪测量A1在激光跟踪仪坐标系下的坐标值；
沿一维导轨分别移动靶座支撑工装至距激光测距仪D+2m、D+4m、D+6m、…、D+36m、D+38m距离，分别记为A2、A3、A4、…、A19、A20，并用激光跟踪仪测量A2～A20点在激光跟踪仪坐标系下的坐标值；其中，m为米；
根据A1～A20在激光跟踪仪坐标系下的坐标值将A1～A20拟合成一条直线，并依据A1～A20与激光测距仪的距离，以A1为起点、以所述直线的方向建立一条射线，得到所述射线在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L，与射线起点在激光跟踪仪坐标下的坐标
Figure BDA0002184456430000031
作为激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L，与激光出光口在激光跟踪仪坐标下的坐标
Figure BDA0002184456430000032
进一步地，所述使用激光跟踪仪和相机同时对标定板进行测量的方法为：
S31，将标定板放在距离相机Dm处，将激光跟踪仪固定在距激光测距仪D～1m处；
S32，获取标定板上标定板销孔点组和标定板LED在标定板坐标系下的坐标值；
S33，相机测量标定板上标定板LED，得到标定板坐标系与相机相面坐标系关系
Figure BDA0002184456430000041
PC与
Figure BDA0002184456430000042
分别为点P在相机相面系下的坐标与点P在标定系下的坐标；在同一标定板位置下，使用激光跟踪仪测量标定板上的4个标定板销孔点组，得到激光跟踪仪坐标系与标定板坐标系关系
Figure BDA0002184456430000043
PL为点P在激光跟踪仪坐标系下的坐标；由此得到一组激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系转换关系；
S34，移动标定板依次放置在M个位置，重复S33～S34，得到M组激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系转换关系；通过取平均可得激光跟踪仪坐标系和相面系的转换关系；
S35，计算得到激光方向和激光出光口在相机相面坐标系下的表示。
进一步地，所述激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系之间的转换关系为：PC＝RCLPL+TCL；其中，RCL和TCL分别为激光跟踪仪坐标系相对于相机相面坐标系的旋转矩阵和位置矢量，PC和PL分别为点P在相机相面坐标系和激光跟踪仪坐标系下的坐标。
进一步地，所述激光方向和激光出光口在相机相面坐标系下的表示为：激光原点坐标
Figure BDA0002184456430000044
转换到相机相面坐标系下为
Figure BDA0002184456430000045
向量L在相面坐标系下的表示为RCLL。
进一步地，使用激光跟踪仪测量靶标板的方法，以及使用相机与激光测距仪组合测量靶标板的方法为：
S41，将靶标板放在距激光测距仪Dm处，将激光跟踪仪固定在距激光测距仪D～1m处；
S42，获取靶标板上的靶标板销孔和靶标板LED在靶标板坐标下的坐标；
S43，将靶标对准激光测距仪的激光方向，将靶标放置在靶座上，再将靶座固定在靶标板上；
S44，使用激光跟踪仪测量此姿态下靶标板上的靶标板销孔点组，结合靶标板销孔点组在靶标板坐标系下的坐标，计算得到靶标板坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的旋转矩阵
Figure BDA0002184456430000051
和位置矢量
Figure BDA0002184456430000052
S45，利用相机与激光测距仪组合测量此姿态下靶标板上的靶标板LED和靶标，结合靶标板LED在靶标板坐标系下的坐标，计算得到靶标板坐标系相对于相机相面坐标系的旋转矩阵
Figure BDA0002184456430000053
和位置矢量
Figure BDA0002184456430000054
S46，移动靶标板至下个位置处，重复S43～S45，得到下个位置处的旋转矩阵
Figure BDA0002184456430000055
和位置矢量
Figure BDA0002184456430000056
S47，由两个位置处的旋转矩阵和位置矢量得到一组位置测量误差以及角度测量误差。
进一步地，所述位置测量误差由Ti L-Ti C得到，角度测量误差由从旋转矩阵
Figure BDA0002184456430000057
和
Figure BDA0002184456430000058
得到的三轴旋转角相减得到；其中，Ti C和Ti L分别为由激光跟踪仪测量得到和相机与激光测距仪组合测量得到的靶标板从位置i到位置i+1的相对移动位置矢量，RC和RL分别为激光跟踪仪测量得到和相机与激光测距仪组合测量得到的靶标板从位置i到位置i+1相对移动的旋转矩阵。
进一步地，所述相机与激光测距仪组合测量的靶标板在位置i+1相对位置i的旋转矩阵和位置矢量分别为
Figure BDA0002184456430000059
和
Figure BDA00021844564300000510
所述激光跟踪仪测量的靶标板在位置i+1相对位置i的旋转矩阵和位置矢量分别为
Figure BDA00021844564300000511
和
Figure BDA00021844564300000512
进一步地，所述相对测量精度为所述N组位置测量误差以及角度测量误差的平均值。
本发明与现有技术相比的优点在于：
针对激光测距仪和数码相机的组合六自由度测量***，在60m大长度范围内使用高精度激光跟踪仪和靶标***分步对激光方向和相机进行标定，建立高可靠的激光测距仪和数码相机之间测量坐标系的转换关系，进而进行高精度的六自由度测量***测量精度验证，可同步验证亚毫米级的位移测量精度和角秒级的三轴角度测量精度，从而解决高精度长距离六自由度测量***的精度验证迫切需求。
附图说明
图1为本发明相机组合激光测距仪的基线测量***原理图；
(图中，BS:分光镜；L:透镜；filter:带通滤波片；PSD:二维位置敏感器；PD:光电探测器)
图2为本发明六自由度测量***精度验证平台示意图；
图3为本发明六自由度测量***精度验证流程图；
图4为本发明激光方向拟合直线的结果图；
图5为本发明六自由度测量姿态误差；
图6为本发明六自由度测量位置误差。
具体实施方式
如图1、2所示，一种高精度的六自由度测量***的精度验证***，它包括高精度激光跟踪仪、大长度超稳定大理石平台、标定板、靶标板、激光测距仪和数码相机的组合六自由度测量***。需定义5个坐标系，包括激光测距仪坐标系SRS，相机相面坐标系CCS，激光跟踪仪坐标系LRS，标定板坐标系ACS和靶标板坐标系WCS。激光测距仪坐标系SRS的原点为激光出光口，Ys轴为激光光线方向，Xs轴平行于台面方向如图所示，Zs轴由右手定则确定；相机相面坐标系CCS坐标原点为相面原点，Yc轴为光轴方向与Ys轴平行，Xc轴与Xs轴平行，Zc轴由右手定则确定；靶标板坐标系WCS原点为最上方靶标中心，Yw轴与Ys轴平行，Xw轴与Xs轴平行，Zw轴由右手定则确定；标定板坐标系ACS原点为左上角靶标中心，Ya轴与Ys轴平行，Xa轴与Xs轴平行，Za轴由右手定则确定。
相机组合激光测距仪的基线测量***分别采用飞秒光梳激光器与高分辨相机。飞秒光梳激光器采用双光梳测距机制，并通过跟踪伺服装置对目标进行跟踪。相机对有源靶标进行探测，采用高精度光斑定位技术获取目标的六自由度信息，由于相机对深度方向的探测能力较弱，融合激光测距信息后，可大幅提高目标的六自由度探测精度，其测距精度可达到微米级，测角精度可达角秒级。
高精度的六自由度测量***的精度验证方法，步骤如图3所示：
1.激光测距仪激光方向标定
将激光测距仪靶标的靶座支撑工装固定在一维导轨上；
固定六自由度测量***；
调整激光测距仪的准直器出光方向、工装在导轨上位置与靶座粘贴位置，对激光进行准直，根据导轨移动量和激光测距仪的输出数值进行调节，使得激光出光方向与一维导轨运动方向一致；
将靶座固定粘贴在支撑工装上，此处标记为A1；将激光跟踪仪固定在距激光测距仪约D-1m处；
移动一维导轨上工装至距离激光测距仪约D米处；
激光测距仪计算A1距离；
激光跟踪仪测量A1点在激光跟踪仪坐标系下的三维坐标值；
沿一维导轨移动靶座支撑工装至激光测距仪约D+2m(A2)、D+4m(A3)、D+6m(A4)、…、D+36m(A19)、D+38m(A20)距离，并用激光跟踪仪测量A2～A20点在激光跟踪仪坐标系下的三维坐标值；
将A1～A20拟合成一条直线，并依据激光测距仪测量的距离值，建立一条包含起点和方向的射线，建立该射线与激光跟踪仪坐标系的关系，包括激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L，与激光出光口在激光跟踪仪坐标下的坐标
Figure BDA0002184456430000071
2.相机标定
将标定板放在距离相机Dm处，激光跟踪仪与步骤1中位置相同；
提供标定板上销孔和LED在标定板坐标系ACS下的坐标值；
相机测量标定板上LED目标Z1，得到标定板坐标系与相机相面坐标系关系
Figure BDA0002184456430000072
(
Figure BDA0002184456430000073
PC与
Figure BDA0002184456430000074
分别为点P在相机相面系下的坐标与点P在标定系下的坐标)，在同一标定板位置下，利用激光跟踪仪测量标定板上的4个靶孔点组，可以得到激光跟踪仪坐标系与标定板坐标系关系
Figure BDA0002184456430000081
(
Figure BDA0002184456430000082
PL为点P在激光跟踪仪坐标系下的坐标)，进一步计算可以得到激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系关系
Figure BDA0002184456430000083
Figure BDA0002184456430000084
移动相机标定板依次放置在若干个位置(视线方向移动约M位置)，重复以上步骤，得到一组
Figure BDA0002184456430000085
通过取平均可得激光跟踪仪坐标系和相面系的转换关系(RCL，TCL)(PC＝RCLPL+TCL)；
计算得到激光矢量、原点与相机相面坐标系的相对关系为：
激光原点坐标
Figure BDA0002184456430000086
转换到相机系下为
Figure BDA0002184456430000087
向量L在相面坐标系下的表示为RCLL。
3.六自由度测量***精度验证
S31，将靶标板放在距激光器Dm处，激光跟踪仪与步骤1中位置相同；
S32，提供靶标板上的销孔和LED在靶标板坐标TCS下的坐标；
S33，将激光测距仪靶标对准激光出光方向，并移动至靶标板附近，将激光靶标放置在靶座上，再将靶座固定在靶标板上此位置为N1，利用激光测距仪测量此距离K1；
S34，使用激光跟踪仪测量此姿态下靶标板上的靶孔点组Z1，计算得到靶标板坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的
Figure BDA0002184456430000088
(
Figure BDA0002184456430000089
Figure BDA00021844564300000810
为点P在靶标板坐标系下的坐标)；
S35，利用相机+激光测距仪测量此姿态下靶标板上的靶孔点组Z1，计算得到靶标板坐标系相对于相面系的
Figure BDA00021844564300000811
Figure BDA00021844564300000812
S36，移动靶标板依次放置在下个位置，重复以上3～5步骤，得到
Figure BDA00021844564300000813
和
Figure BDA00021844564300000814
可以得到下方公式：
Figure BDA00021844564300000815
Figure BDA0002184456430000091
S37，由
Figure BDA0002184456430000092
和
Figure BDA0002184456430000093
可以得到位置测量误差以及角度测量误差；
S38，靶标板移动到第N+1个位置，重复S36-S37，共移动N+1个位置。将位置i与位置i+1，激光跟踪仪和六自由度测量***测量的位置矢量和旋转角分别相减，得到两个位置的相对变化量。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
以60m六自由度测量***为例，验证其三轴位移测量精度达到亚毫米，三轴角度测量精度达到30角秒。激光跟踪仪选择美国API T3跟踪仪，其测量精度通过标校可以达到5μm，试验平台选择中国计量科学研究院80m大长度标准实验室，试验室导轨行程80米，整体直线度优于0.2mm，具备40路温度监测***。
高精度六自由度测量***的精度验证方法步骤如下：
1.激光测距仪激光方向标定
将激光测距仪靶标的靶座支撑工装固定在一维导轨上；
固定六自由度测量***；
调整激光测距仪的准直器出光方向、工装在导轨上位置与靶座粘贴位置，对激光进行准直，根据导轨移动量和激光测距仪的输出数值进行调节，使得激光出光方向与一维导轨运动方向一致；
将靶座固定粘贴在支撑工装上，此处标记为A1；将激光跟踪仪固定在距激光测距仪约59米处；
移动一维导轨上工装至距离激光测距仪约60米处；
激光测距仪计算A1距离；
激光跟踪仪测量A1点在激光跟踪仪坐标系下的三维坐标值；
沿一维导轨移动靶座支撑工装至激光测距仪约62m(A2)、64m(A3)、66m(A4)、…、96m(A19)、98m(A20)距离，并用激光跟踪仪测量A2～A20点在激光跟踪仪坐标系下的三维坐标值；
将A1～A20拟合成一条直线，并依据激光测距仪测量的距离值，建立一条包含起点和方向的射线，如图4所示，建立该射线与激光跟踪仪坐标系的关系，包括激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L＝[-0.9739946,0.2265710,-1.6645434e-6]，与激光出光口在激光跟踪仪坐标下的坐标
Figure BDA0002184456430000101
Figure BDA0002184456430000102
单位为米。
2.相机标定
将标定板放在距离相机60m处，激光跟踪仪与步骤1中位置相同；
提供相机标定板上4个销孔和9个LED在标定板坐标系ACS下的坐标值；
相机测量标定板上9个LED目标Z1，得到标定板坐标系与相机相面坐标系关系
Figure BDA0002184456430000103
在同一标定板位置下，利用激光跟踪仪测量标定板上的4个靶孔点组，可以得到激光跟踪仪坐标系与相机标定板坐标系关系
Figure BDA0002184456430000104
进一步计算可以得到激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系关系
Figure BDA0002184456430000105
移动相机标定板依次放置在若干个位置(视线方向移动约N位置)，重复以上步骤，得到一组
Figure BDA0002184456430000106
通过取平均可得激光跟踪仪坐标系和相面系的转换关系
Figure BDA0002184456430000107
RCL＝[0.22353058920157600,0.97461822376470400,-0.01201140084517410；
0.00426934479164517,0.01134380496800610,0.99992645626016100；
0.97468283046326500,-0.22356538715158800,-0.00162529762765457]
TCL＝[568.1943,-1550.2238,-59842.5696]
计算得到激光矢量、原点与相机相面坐标系的相对关系：
激光原点坐标
Figure BDA0002184456430000108
转换到相机系下为
Figure BDA0002184456430000111
向量L在相面坐标系下的表示为RCLL＝[-0.21675,-0.94670,0.23825]。
3.六自由度测量***精度验证
将靶标板放在距激光器60m处，激光跟踪仪与步骤1中位置相同；
提供靶标板上的4个销孔和4个LED在靶标板坐标TCS下的坐标；
将激光测距仪靶标对准激光出光方向，并移动至靶标板附近，将激光靶标放置在靶座上，再将靶座固定在靶标板上此位置为N1，利用激光测距仪测量此距离K1；
使用激光跟踪仪测量此姿态下靶标板上的靶孔点组Z1，计算得到靶标板坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的
Figure BDA0002184456430000112
利用相机融合激光测距仪的数据获得靶标板坐标系相对于相机坐标系的
Figure BDA0002184456430000113
移动靶标板依次放置在下个位，重复以上3～5步骤，得到
Figure BDA0002184456430000114
和
Figure BDA0002184456430000115
Figure BDA0002184456430000116
可以得到下方公式：
Figure BDA0002184456430000117
Figure BDA0002184456430000118
由
Figure BDA0002184456430000119
和
Figure BDA00021844564300001110
可以得到位置测量误差以及角度测量误差；
靶标板移动到第35个位置，重复S6-S7，共移动35个位置。将位置i与位置i+1，激光跟踪仪和六自由度测量***测量的位置矢量和旋转角分别相减，得到两个位置的相对变化量，可以得到六自由度测量***的姿态误差和位置误差分别如图5和图6所示。通过平均得到三轴位置测量精度和三轴角度测量精度分别为(0.1mm,0.12mm,0.11mm)和(8.91”,12.16”,7.12”)，满足***精度要求。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于，包括激光跟踪仪、光学平台、标定板、靶标、靶标板、靶座、靶座支撑工装、激光测距仪和相机；
所述光学平台上安装有一维导轨，所述靶座支撑工装设于一维导轨上，可沿一维导轨移动；所述激光测距仪和相机位于光学平台的一端，光学平台的另一端设有标定板、靶标板和靶座支撑工装，所述靶座粘贴于靶座支撑工装与靶标板上，所述靶标设于靶座上，所述标定板上设有用于标定的标定板销孔点组和标定板LED，所述靶标板上设有用于标定的靶标板销孔点组和靶标板LED；所述激光跟踪仪设于光学平台旁侧。
2.一种基于权利要求1所述的高精度六自由度基线测量***精度验证***实现的精度验证方法，其特征在于，包括如下步骤：
使用激光跟踪仪标定激光测距仪的激光方向和激光原点坐标，完成对激光测距仪的标定，得到激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L与激光原点坐标在激光跟踪仪坐标下的坐标
Figure FDA0002977266500000011
使用激光跟踪仪和相机同时对标定板进行测量，得到激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系的转换关系，完成对相机的标定，得到激光原点坐标
Figure FDA0002977266500000012
在相机相面坐标系下的坐标
Figure FDA0002977266500000013
和激光方向在相机相面坐标系下的表示；
使用激光跟踪仪测量靶标板，得到靶标板坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的旋转矩阵RL'和位置矢量TL'；使用相机与激光测距仪组合测量靶标板，得到靶标板坐标系相对于相机相面坐标系的旋转矩阵RC'和位置矢量TC'；移动若干次靶标板，每次移动后重复使用激光跟踪仪测量靶标板和使用相机与激光测距仪组合测量靶标板，得到激光跟踪仪测量得到的靶标板相对移动量的旋转矩阵RL和位置矢量TL，相机与激光测距仪组合测量得到的靶标板相对移动量的旋转矩阵RC和位置矢量TC；将激光跟踪仪和相机与激光测距仪组合测量的旋转角和位置矢量分别相减，得到一组位置测量误差以及角度测量误差；所述旋转角由对应的旋转矩阵得到；
将靶标板移动到第N+1个位置，重复获取位置i与位置i+1的位置测量误差以及角度测量误差，得到N组位置测量误差以及角度测量误差；由所述N组位置测量误差以及角度测量误差，得到相对测量精度；
判断所述相对测量精度是否满足精度要求；若满足，则验证成功；反之，则验证失败。
3.根据权利要求1所述的一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于，使用激光跟踪仪标定激光测距仪的激光方向和激光原点坐标的方法为：
调整激光测距仪的出光方向、靶座支撑工装在一维导轨上位置与靶座粘贴位置，对激光测距仪发出的激光进行准直，根据靶座支撑工装移动量和激光测距仪的输出数值进行调节，使得激光出光方向与一维导轨运动方向一致；
将靶座固定粘贴在靶座支撑工装的靶座粘贴位置处，所述靶座粘贴位置标记为A1；将激光跟踪仪固定在距激光测距仪D～1m处；
移动一维导轨上靶座支撑工装至距离激光测距仪约D米处；
使用激光测距仪测量A1距激光出光口的距离，使用激光跟踪仪测量A1在激光跟踪仪坐标系下的坐标值；
沿一维导轨分别移动靶座支撑工装至距激光测距仪D+2m、D+4m、D+6m、…、D+36m、D+38m距离，分别记为A2、A3、A4、…、A19、A20，并用激光跟踪仪测量A2～A20点在激光跟踪仪坐标系下的坐标值；其中，m为米；
根据A1～A20在激光跟踪仪坐标系下的坐标值将A1～A20拟合成一条直线，并依据A1～A20与激光测距仪的距离，以A1为起点、以所述直线的方向建立一条射线，得到所述射线在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L，与射线起点在激光跟踪仪坐标下的坐标
Figure FDA0002977266500000021
作为激光方向在激光跟踪仪坐标系下的矢量表示L，与激光出光口在激光跟踪仪坐标下的坐标
Figure FDA0002977266500000031
4.根据权利要求1所述的一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于，使用激光跟踪仪和相机同时对标定板进行测量的方法为：
S31，将标定板放在距离相机Dm处，将激光跟踪仪固定在距激光测距仪D～1m处；
S32，获取标定板上标定板销孔点组和标定板LED在标定板坐标系下的坐标值；
S33，相机测量标定板上标定板LED，得到标定板坐标系与相机相面坐标系关系
Figure FDA0002977266500000032
PC与
Figure FDA0002977266500000033
分别为点P在相机相面系下的坐标与点P在标定系下的坐标；在同一标定板位置下，使用激光跟踪仪测量标定板上的4个标定板销孔点组，得到激光跟踪仪坐标系与标定板坐标系关系
Figure FDA0002977266500000034
PL为点P在激光跟踪仪坐标系下的坐标；由此得到一组激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系转换关系；
S34，移动标定板依次放置在M个位置，重复S33～S34，得到M组激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系转换关系；通过取平均可得激光跟踪仪坐标系和相面系的转换关系；
S35，计算得到激光方向和激光出光口在相机相面坐标系下的表示。
5.根据权利要求4所述的一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于，所述激光跟踪仪坐标系与相机相面坐标系之间的转换关系为：PC＝RCLPL+TCL；其中，RCL和TCL分别为激光跟踪仪坐标系相对于相机相面坐标系的旋转矩阵和位置矢量，PC和PL分别为点P在相机相面坐标系和激光跟踪仪坐标系下的坐标。
6.根据权利要求5所述的一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于，所述激光方向和激光出光口在相机相面坐标系下的表示为：激光原点坐标
Figure FDA0002977266500000035
转换到相机相面坐标系下为
Figure FDA0002977266500000036
向量L在相面坐标系下的表示为RCLL。
7.根据权利要求1所述的一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于：使用激光跟踪仪测量靶标板的方法，以及使用相机与激光测距仪组合测量靶标板的方法为：
S41，将靶标板放在距激光测距仪Dm处，将激光跟踪仪固定在距激光测距仪D～1m处；
S42，获取靶标板上的靶标板销孔和靶标板LED在靶标板坐标下的坐标；
S43，将靶标对准激光测距仪的激光方向，将靶标放置在靶座上，再将靶座固定在靶标板上；
S44，使用激光跟踪仪测量此姿态下靶标板上的靶标板销孔点组，结合靶标板销孔点组在靶标板坐标系下的坐标，计算得到靶标板坐标系相对于激光跟踪仪坐标系的旋转矩阵
Figure FDA0002977266500000041
和位置矢量
Figure FDA0002977266500000042
S45，利用相机与激光测距仪组合测量此姿态下靶标板上的靶标板LED和靶标，结合靶标板LED在靶标板坐标系下的坐标，计算得到靶标板坐标系相对于相机相面坐标系的旋转矩阵
Figure FDA0002977266500000043
和位置矢量T1 C'；
S46，移动靶标板至下个位置处，重复S43～S45，得到下个位置处的旋转矩阵
Figure FDA0002977266500000044
和位置矢量
Figure FDA0002977266500000045
S47，由两个位置处的旋转矩阵和位置矢量得到一组位置测量误差以及角度测量误差。
8.根据权利要求7所述的一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于，所述位置测量误差由Ti L-Ti C得到，角度测量误差由从旋转矩阵
Figure FDA0002977266500000046
和
Figure FDA0002977266500000047
得到的三轴旋转角相减得到；其中，Ti C和Ti L分别为由激光跟踪仪测量得到和相机与激光测距仪组合测量得到的靶标板从位置i到位置i+1的相对移动位置矢量，RC和RL分别为激光跟踪仪测量得到和相机与激光测距仪组合测量得到的靶标板从位置i到位置i+1相对移动的旋转矩阵。
9.根据权利要求8所述的一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于：所述相机与激光测距仪组合测量的靶标板在位置i+1相对位置i的旋转矩阵和位置矢量分别为
Figure FDA0002977266500000051
和
Figure FDA0002977266500000052
所述激光跟踪仪测量的靶标板在位置i+1相对位置i的旋转矩阵和位置矢量分别为
Figure FDA0002977266500000053
和
Figure FDA0002977266500000054
10.根据权利要求1所述的一种高精度六自由度基线测量***精度验证***，其特征在于：相对测量精度为N组位置测量误差以及角度测量误差的平均值。
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